Im industriellen Umfeld lassen sich Aufgabenstellungen durch Zusammenarbeit von Mensch-Roboter-Teams effizient bewältigen / Das Fraunhofer IOSB entwickelte für diese Kooperation ein Verfahren (VIDEO)

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Beim Einsatz von Robotern in der Produktion wird nach heutigem
Stand der Technik die Sicherheit durch eine strikte Trennung von
Mensch und Roboter gewährleistet. Mit Hilfe von Zäunen,
Lichtschranken und ähnlichen Sicherheitsvorkehrungen wird das
Betreten des Aktionskreises des Roboters unterbunden oder erkannt und
gegebenenfalls ein Nothalt ausgelöst. Diese Vorkehrungen verhindern
jedoch die gemeinsame Nutzung von Arbeitsräumen durch Menschen und
Roboter sowie eine enge physische Zusammenarbeit.

Wie kann der Mensch mit einem Roboter intuitiv und sicher
interagieren?

Die Interaktion von Mensch und Roboter setzt eine multisensorielle
Überwachung des Arbeitsbereichs voraus, denn nur dadurch kann
Sicherheit von Menschen im Arbeitsraum des Roboters gewährleistet
werden. Sie stellt eine Repräsentation der statischen und dynamischen
Roboterumgebung zur Verfügung. Auf dieser Grundlage erkennt der
Roboter mögliche Kollisionen z. B. mit Menschen und kann diese
frühzeitig und sicher vermeiden. Durch die Informationsfusion
mehrerer Tiefensensoren können dynamische Hindernisse verfolgt und
ihre Position und Geschwindigkeit geschätzt werden. Dies erlaubt die
Prädiktion der Hindernisbewegung und eine frühzeitige Erkennung
möglicher Kollisionen. Außerdem wird in der unmittelbaren
Roboterumgebung eine 3D-Darstellung der Hindernisse berechnet. Diese
berücksichtigt auch den durch die Hindernisse und den Roboter
verdeckten Bereich, der für die Sensoren nicht einsehbar ist. So ist
eine konservative Abschätzung des Abstands des Roboters zu den
Hindernissen möglich.

Hierauf aufbauend können mit Hilfe von geeigneten Regelungs- und
Planungsstrategien des Roboters Gefahrensituationen vermieden werden.
Damit eine kollisionsfreie Bahn geplant werden kann, müssen sowohl
eine Karte statischer Hindernisse, als auch die durch die
Arbeitsraumüberwachung detektierten dynamischen Hindernisse
berücksichtigt werden. Während der Roboterbewegung wird der Abstand
des Roboters zu den Hindernissen fortlaufend überwacht. Falls der
Roboter ein unerwartetes Hindernis registriert, wird durch
Verlangsamen des Roboters oder die Anpassung der geplanten Bahn eine
Kollision sicher vermieden.

Die Interaktion des Roboters mit seiner Umgebung umfasst sowohl
die Kommunikation zwischen Mensch und Roboter, als auch die physische
Interaktion des Roboters mit Gegenständen (z. B. Werkzeugen) und
Menschen. Eine intuitive Kommunikation zwischen Mensch und Roboter
erfolgt durch Gesten des Menschen. Der Mensch kann z. B. auf ein
Objekt zeigen, das ihm der Roboter bringen soll. Diese Gesten erkennt
der Roboter mit Hilfe einer Tiefenkamera, die am Arbeitsplatz
montiert ist. Um eine physische Interaktion des Roboters mit Menschen
zu ermöglichen, z. B. bei der Übergabe von Werkzeugen oder Bauteilen,
werden die bei der Interaktion entstehenden Kräfte gemessen. Diese
Kräfte werden beispielsweise verwendet, um den Zeitpunkt des
Loslassens eines Gegenstands bei der Übergabe zu steuern. Auch die
Interaktion des Roboters mit Gegenständen erfordert eine Anpassung an
die aktuelle Situation. So ist beispielsweise die genaue Lage zu
greifender Objekte im Allgemeinen nicht bekannt. Daher wird der
Roboter mit einer zusätzlichen Tiefenkamera am Greifer ausgestattet,
mit deren Hilfe die Objektgröße und -lage geschätzt werden kann.

Durch die Integration der Arbeitsraumüberwachungs-, Planungs-,
Interaktions- und Gestenerkennungskomponenten konnte die
Zusammenarbeit eines mobilen Manipulators mit einem Menschen gezeigt
werden. Hierbei greift der Roboter die vom einem Arbeiter benötigten
Werkzeuge von einem Tisch, transportiert sie zum Arbeitsplatz des
Arbeiters und übergibt sie ihm dort.

Pressekontakt:
B.A.-Journalistin Angelika Linos
Presse und Öffentlichkeitsarbeit

Fraunhoferstr. 1
76131 Karlsruhe

Telefon +49 721 6091-349
Fax +49 721 6091-413
Angelika.linos@iosb.fraunhofer.de

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